模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机的制作方法

本发明涉及混凝土温度应力与变形试验技术领域，特别涉及一种模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机。

背景技术：

混凝土温度应力试验机(TSTM)具有可同时测定混凝土的弹模、徐变、松弛、开裂应力及特征断裂温度等多种材料力学参数的功能，可在实验室模拟不同约束条件，建立与工程结构之间的联系。混凝土温度应力试验机(TSTM)是一种综合评价混凝土抗裂性能的有效试验装置。

目前的混凝土试验机与试件模具之间均是固定不可拆卸的，即混凝土的试件要在试验机上进行浇筑，通过手持振捣棒等方式对试件模具内的混凝土进行振捣。众所周知，混凝土是一种人工合成材料，具有极大的天然离散性，混凝土温度应力试验试件的尺寸较大，多为150mm*150mm*1500mm,在试验机上采用手持振捣棒的方式往往不能使混凝土得到充分振捣，进而影响混凝土的质量；并且长时间的振捣也会影响试验机的性能。尽管在不同批次试验过程中可以控制相同的配合比，但是混凝土的质量不佳，试验结果自然差别较大。由于振捣质量不好，造成试验结果的可信性低，且不同批次混凝土的试验结果可类比性差。另外由于混凝土质量不好，目前的混凝土温度应力试验机均只针对均质混凝土进行试验，还不能进行新老混凝土结合的相关温度应力试验。为了保证试验结果的可信、可类比性以及扩展TSTM的新老混凝土研究能力，必须保证混凝土的浇筑质量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机，以提高混凝土的浇筑质量，保证试验机试验结果的精度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机，包括：

试验机主机，包括固定夹头侧固定端，活动夹头侧固定端，以及将所述固定夹头侧固定端和活动夹头侧固定端固定连接的一对光杠，所述固定夹头侧固定端内侧通过螺栓连接固定端万向节，所述活动夹头侧固定端内侧通过螺栓连接活动端万向节；

混凝土试件模具，包括固定夹头，活动夹头，设置在所述固定夹头和活动夹头之间的混凝土浇筑区，所述固定夹头与所述固定端万向节螺接，所述活动夹头与所述活动端万向节螺接；

变形测量装置，包括设置在所述混凝土浇筑区上部的上表面变形测量装置，和设置在所述混凝土浇筑区两侧的侧部变形测量装置。

进一步地，所述活动夹头侧固定端外侧连接伺服电机，所述伺服电机通过螺栓连接荷载传感器，所述荷载传感器通过螺栓连接所述活动端万向节。

进一步地，所述混凝土浇筑区包括底部模板，以及连接在所述底部模板两侧的侧部模板，所述底部模板和侧部模板的两端与所述固定夹头和活动夹头连接。

进一步地，所述固定夹头和活动夹头之间设置夹头定位工装，所述侧部模板之间设置侧部模板定位工装。

进一步地，所述固定夹头和活动夹头上分别设置土字形定位工装，所述土字形定位工装的后部分别固定在所述固定夹头和活动夹头上，所述土字形定位工装的前部两侧分别固定在所述侧部模板上。

进一步地，所述上表面变形测量装置包括分别设置在所述土字形定位工装端部的上表面预埋杆，连接在所述上表面预埋杆之间的上表面测变形引伸杆以及设置在靠近所述活动夹头的上表面预埋杆上的上表面位移传感器。

进一步地，所述侧部变形测量装置包括设置在每一所述侧部模板上的两个侧部预埋杆、连接在所述两侧部预埋杆之间的侧部测变形引伸杆以及设置在靠近所述活动夹头的侧部预埋杆上的侧部位移传感器。

进一步地，所述上表面预埋杆螺接在所述土字形定位工装端部的螺纹孔内，所述上表面预埋杆的下端设置上表面十字形预埋件，所述上表面预埋杆的上部设置可供所述上表面测变形引伸杆穿过的光孔，所述上表面测变形引伸杆通过上表面预埋杆的光孔连接在两个上表面预埋杆之间，所述上表面预埋杆的顶端设置有用于夹持所述上表面位移传感器的夹口，所述上表面测变形引伸杆为铟钢棒。

进一步地，所述侧部预埋杆通过中部设置的螺纹挡圈固定在所述侧部模板上的螺纹孔内，所述侧部预埋杆的顶端设置侧部十字形预埋件，所述侧部预埋杆的尾部设置可供所述侧部测变形引伸杆穿过的光孔，所述侧部测变形引伸杆通过侧部预埋杆的光孔连接在两个侧部预埋杆之间，所述侧部预埋杆的尾端设置有用于夹持所述侧部位移传感器的夹口，所述侧部预埋杆通过设置在侧部模板上端边缘的弹簧吊装固定，所述侧部测变形引伸杆为铟钢棒。

进一步地，所述侧部模板垂直方向上的中心高度位置设置有水平标记线，所述侧部模板的水平长度方向上的中心位置设置有垂直于所述侧部模板的隔板插槽，所述隔板插槽内设置隔板。

本发明提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机，其试验机主机和混凝土试件模具通过万向节连接在一起，方便安装与拆卸，拆卸后的混凝土试件模具可单独在实验室浇筑并在振动台上振捣，达到振捣质量要求后，再安装到试验机主机上进行相关温度应力试验，克服了传统的混凝土温度应力试验机在混凝土浇筑后不能在振动台上单独振捣的弊端，大大的改善了混凝土的浇筑质量，使试验结果的可信性和可类比性更好。并且，本发明提供的混凝土温度应力试验机，通过预埋杆和变形测量装置定位工装相结合的方式，使测得的混凝土变形精度更高，且可以测得混凝土的真实变形。

附图说明

图1为本发明实施例提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机的混凝土试件模具的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机的混凝土试件模具的侧视图；

图4为本发明实施例提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机的混凝土试件模具的A-A剖面图。

附图标记说明：

1-试验机主机 2-混凝土试件模具 3-变形测量装置 4-水平定位螺纹孔 11-固定夹头侧固定端 12-活动夹头侧固定端 13-光杠 14-固定端万向节 15-活动端万向节 16-伺服电机 17-荷载传感器 21-固定夹头 22-活动夹头 23-混凝土浇筑区 24-夹头定位工装 25-侧部模板定位工装 26-土字形定位工装 27-隔板插槽 28-隔板 31-上表面变形测量装置 32-侧部变形测量装置 231-侧部模板 232-底部模板 311-上表面预埋杆 312-上表面测变形引伸杆 313-上表面位移传感器 314-上表面十字形预埋件 321-侧部预埋杆 322-侧部测变形引伸杆 323-侧部位移传感器 324-侧部十字形预埋件 325-螺纹挡圈 326-弹簧 327-弹簧调节螺栓 328-调节弹簧

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机，包括试验机主机1、混凝土试件模具2以及变形测量装置3。其中，试验机主机1包括固定夹头侧固定端11，活动夹头侧固定端12，及将固定夹头侧固定端11和活动夹头侧固定端12固定连接的一对光杠13，固定夹头侧固定端11的内侧通过螺栓连接固定端万向节14，活动夹头侧固定端12的内侧通过螺栓连接活动端万向节15，活动夹头侧固定端12的外侧连接有伺服电机16，伺服电机16通过螺栓连接荷载传感器17，荷载传感器17通过螺栓与活动端万向节15连接。混凝土试件模具2包括固定夹头21，活动夹头22，及设置在固定夹头21和活动夹头22之间的混凝土浇筑区23，固定夹头21的端部设置有水平定位螺纹孔(图中未示出)，固定端万向节14螺接在固定夹头21的水平定位螺纹孔上，使固定夹头21与试验机主机1的固定夹头侧固定端11连接。活动夹头22的端部设置有水平定位螺纹孔4，活动端万向节15螺接在水平定位螺纹孔4上，使活动夹头22与试验机主机1的活动夹头侧固定端12连接。由于固定端万向节14与固定夹头21的水平定位螺纹孔螺接而使固定夹头21与固定夹头侧固定端11连接，由于活动端万向节15与活动夹头22的水平定位螺纹孔4螺接而使活动夹头22与活动夹头侧固定端12连接，因此，混凝土试件模具2与试验机主机1之间能够方便的安装与拆卸。变形测量装置3包括设置在混凝土浇筑区23上部的上表面变形测量装置31和设置在混凝土浇筑区23两侧的侧部变形测量装置32。

参见图2，混凝土浇筑区23包括底部模板232和一对侧部模板231，底部模板232的底部设置有滑道，侧部模板231位于底部模板232的两侧，并与底部模板232底部的滑道连接，底部模板232的两端分别通过螺栓与固定夹头21和活动夹头22连接，侧部模板231的两端分别连接固定夹头21和活动夹头22，底部模板232和两侧的侧部模板231以及固定夹头21和活动夹头22围成混凝土浇筑区23。由于侧部模板231设置在底部模板232底部的滑道上，当混凝土终凝后对混凝土试件进行温度应力试验时，可将底部模板232两侧的侧部模板231分别向外侧移动3-5cm，以避免混凝土试件与侧部模板231接触产生摩擦而影响混凝土温度应力试验数据的准确性。

在混凝土试件模具2浇灌混凝土后振捣过程中，为了保证混凝土试件模具2稳定牢固，也为了防止振捣过程中混凝土浇筑区发生变形而出现漏浆现象，在固定夹头21和活动夹头22之间连接有一个夹头定位工装24，在侧部模板231之间连接有侧部模板定位工装25。其中，夹头定位工装24能将固定夹头21和活动夹头22牢牢的固定在一起即可，作为本发明的一种具体实施方式，夹头定位工装24由两根金属光棒和两块金属板构成，两根金属光棒的两端分别固定在两金属板的两端，两金属板再通过螺栓分别固定在固定夹头21和活动夹头22的表面，从而起到对固定夹头21和活动夹头22进一步的稳固作用。侧部模板定位工装25是连接在两侧部模板231之间的多块金属连接板，作为本发明的一种具体实施方式，侧部模板定位工装25包括两块金属连接板，通过螺栓分别固定在两侧部模板231之间的适当位置。

另外，固定夹头21和活动夹头22上分别设置有土字形定位工装26，土字形定位工装26的后部通过螺栓分别固定在固定夹头21和活动夹头22上，土字形定位工装26的前部两侧分别通过螺栓固定在两侧的侧部模板231上。其中，上表面变形测量装置31固定在两土字形定位工装26上。

参见图3和图4，上表面变形测量装置31包括上表面预埋杆311、上表面测变形引伸杆312和上表面位移传感器313。土字形定位工装26的端部分别设置有与上表面预埋杆311外径匹配的螺纹孔，上表面预埋杆311螺接在土字形定位工装26的螺纹孔上。为了增大上表面预埋杆311与混凝土的接触面积，以利于更好的发生共同变形，在上表面预埋杆311的下端设置有上表面十字形预埋件314。通过螺旋转动上表面预埋杆311，使上表面预埋杆311在土字形定位工装26的螺纹孔内上下移动，从而可以调节上表面十字形预埋件314到混凝土中的预定位置。在上表面预埋杆311的上部设置有供上表面测变形引伸杆312穿过的光孔，上表面测变形引伸杆312的两端分别穿过两上表面预埋杆311上的光孔，在靠近固定夹头21的那一端上表面测变形引伸杆312插入上表面预埋杆311上的光孔内，通过上表面预埋杆311顶部垂直向下的紧固螺钉将上表面测变形引伸杆312固定，上表面测变形引伸杆312的另一端与另一个上表面预埋杆311上的光孔滑动连接。靠近活动夹头22的上表面预埋杆311的顶端还设置有一个夹口，上表面位移传感器313直接夹持在上表面预埋杆311顶端的夹口上，方便上表面位移传感器313的安装与拆卸。当混凝土试件收缩或膨胀变形时可带动上表面预埋杆311及其下端的上表面十字形预埋件314共同变形，上表面预埋杆311的变形带动上表面位移传感器313变形，从而可以测出混凝土的变形值。其中，上表面测变形引伸杆312是由弹性模量大、线性膨胀系数很小的材料制成，作为本发明的一种具体实施方式，上表面测变形引伸杆312采用铟钢制造，可以大大提高混凝土温度应力试验测定的精度。

侧部变形测量装置32包括插在侧部模板231的螺纹孔内的两个侧部预埋杆321、连接在两侧部预埋杆321之间的侧部测变形引伸杆322以及设置在靠近活动夹头22的侧部预埋杆321上的侧部位移传感器323。其中，侧部预埋杆321的中部螺接有两个螺纹挡圈325，两个螺纹挡圈325之间套有调节弹簧328，内侧的螺纹挡圈325螺接在侧部模板231的螺纹孔上，通过调节两个螺纹挡圈325在侧部预埋杆321上的螺接位置，可以调节侧部预埋杆321在混凝土中的预定位置。并且调紧内侧的螺纹挡圈325与侧部模板231的螺纹孔的结合力度，在浇筑混凝土时可以防止从侧部模板231的螺纹孔处发生漏浆现象。当混凝土硬化后需要将侧部模板231与混凝土试件脱离时，可以先将两个螺纹挡圈325向外侧调节3～5cm，然后通过底部模板232底部的滑轨将侧部模板231向外移动3～5cm，即可完成侧部模板231的脱模过程，从而不影响侧部预埋杆321在混凝土预先定位的位置。

为了增大侧部预埋杆321与混凝土的接触面积，以利于更好的发生共同变形，侧部预埋杆321的顶端设有侧部十字形预埋件324，侧部预埋杆321的尾部设置有可供侧部测变形引伸杆322穿过的光孔，在侧部测变形引伸杆322靠近固定夹头21的那一端插入侧部预埋杆321上的光孔内，通过侧部预埋杆321端部的紧固螺钉进行固定，侧部测变形引伸杆322的另一端与另一个侧部预埋杆321上的光孔滑动连接。靠近活动夹头22的侧部预埋杆321的尾端设置有夹口，侧部位移传感器323直接夹持在侧部预埋杆321的夹口上，方便侧部位移传感器323的安装与拆卸。当混凝土试件收缩或膨胀变形时可带动侧部预埋杆321及侧部十字形预埋件324共同变形，侧部预埋杆321的变形带动侧部位移传感器323变形，从而可以测出混凝土的变形值。

另外，在侧部模板231上端边缘设置有弹簧调节螺栓327，弹簧326的上端连接弹簧调节螺栓327，弹簧326的下端连接侧部预埋杆321，通过弹簧调节螺栓327调节弹簧326的高度将侧部预埋杆321吊装固定。其中，侧部测变形引伸杆322是由弹性模量大、线性膨胀系数很小的材料制成，作为本发明的一种具体实施方式，侧部测变形引伸杆322是采用铟钢制造，可以大大提高混凝土温度应力试验测定的精度。

为了定位上下两层新老混凝土的交界面，在侧部模板231垂直方向上的中心高度位置设置有水平标记线，便于第一次浇筑混凝土时确定混凝土浇筑的高度。为了定位水平长度方向上新老两段混凝土的界面位置，在侧部模板231水平长度方向上的中心位置设置有一个垂直于侧部模板231的隔板插槽27，隔板插槽27内可以插入隔板28，在浇筑混凝土时，隔板28可以将混凝土隔成水平方向上的两段混凝土试件。

下面通过混凝土温度应力试验机的使用方法及其工作原理对本发明提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机做进一步的具体说明。

使用时，将固定端万向节14从固定夹头21的水平定位螺纹孔内卸掉，将活动端万向节15从活动夹头22的水平定位螺纹孔4内卸掉，由绳索系住混凝土试件模具2两端的垂直螺栓环5，通过升降机吊起混凝土试件模具2，使混凝土试件模具2与试验机主机1分离。

在混凝土试件模具2上的固定夹头21和活动夹头22之间安装土字形夹头定位工装26，并在侧部模板231之间安装侧部模板定位工装25，以保证混凝土试件模具2在振捣过程中不会发生变形漏浆现象。然后在两个土字形夹头定位工装26端部的螺纹孔内分别安装上表面预埋杆311，通过旋转上表面预埋杆311调节上表面预埋杆311下端的上表面十字形预埋件314在混凝土浇筑区23内的位置，使上表面十字形预埋件314定位在预定的埋设位置。在混凝土试件模具2两侧的侧部模板231上的螺纹孔内插入侧部预埋杆321，将螺接在侧部预埋杆321上的两个螺纹挡圈325中的内侧的螺纹挡圈325螺接在侧部模板231的螺纹孔上，然后通过转动侧部预埋杆321调节侧部预埋杆321顶端的侧部十字形预埋件324伸入混凝土浇筑区23内的位置，使侧部十字形预埋件324定位在预定的埋设位置。最后在混凝土试件模具2中浇筑混凝土。

将浇筑好混凝土的混凝土试件模具2放到频率为50±3HZ的振动台上振捣，振动持续到混凝土表面出浆，使混凝土的密实度达到混凝土质量控制标准后停止振捣(大约需要30s)。

通过工控电脑的软件控制伺服电机16水平移动，带动活动夹头侧固定端12移动，从而使活动夹头侧固定端12与固定夹头侧固定端11之间留出足够的安装空间。然后将振捣好混凝土试件的混凝土试件模具2吊装到试验机主机1上，将固定端万向节14螺接在固定夹头21的水平定位螺纹孔上，使固定夹头21与固定夹头侧固定端11连接，将活动端万向节15螺接在活动夹头22的水平定位螺纹孔4上，使活动夹头22与活动夹头侧固定端12连接，从而使混凝土试件模具2与试验机主机1连接在一起。

等待混凝土试件模具2内的混凝土终凝之后，拆除夹头定位工装24和侧部模板定位工装25，并将底部模板232两侧的侧部模板231分别向外侧移动3-5cm，然后，在两上表面预埋杆311上安装上表面测变形引伸杆312，并在靠近活动夹头22的上表面预埋杆311顶端安装上表面位移传感器313。在侧部模板231上的两个侧部预埋杆321上安装侧部测变形引伸杆322，并在靠近活动夹头22的侧部预埋杆321上安装侧部位移传感器323。最后，设定相关试验参数，进行混凝土温度应力试验。

当需要对新老混凝土的温度应力进行试验研究，可采取如下方法步骤：

当对在水平方向上的上下两层新老混凝土的温度应力进行试验时，在混凝土试件模具2内浇筑混凝土，使混凝土的浇筑面到达侧部模板231上的水平标记线后，停止浇筑，对下层混凝土充分振捣达到要求后，按照前述的方法将混凝土试件模具2组装到试验机主机1上，对下层混凝土试样进行养护和相关试验工作。当下层混凝土试样凝固达到预定龄期后，分离混凝土试件模具2与试验机主机1，在下层混凝土试样的基础上进行上层混凝土的浇筑与振捣，之后组装混凝土试件模具2与试验机主机1，等上层混凝土试样终凝后，继续对上下两层新老混凝土结合的混凝土试样进行相关的温度应力试验。

当需要对水平长度方向上新老两段混凝土的温度应力进行试验时，先在侧部模板231的隔板插槽27内插入隔板28，然后在隔板28两侧分两批次进行浇筑混凝土。第一批混凝土浇筑振捣后，组装混凝土试件模具2与试验机主机1，对第一批混凝土试样进行养护和相关试验工作。当第一批混凝土试样凝固达到预定龄期后，将混凝土试件模具2与试验机主机1分离，拆除隔板插槽27内的隔板28，对第一批混凝土试样的接触面进行冲毛、凿毛或表面涂抹砂浆等相关层面的处理，然后进行第二批次混凝土的浇筑振捣，之后再组装混凝土试件模具2与试验机主机1，等第二批次混凝土试样终凝后，继续对两个批次的新老两段混凝土结合的混凝土试样进行相关的温度应力试验。

本发明提供的模具可分离振捣的混凝土温度应力试验机，由于混凝土试件模具与试验机主机之间方便安装与拆卸，拆卸后的混凝土试件模具可单独在实验室浇筑并在振动台上振捣，达到振捣质量要求后，再安装到试验机主机上进行相关温度应力试验，能够大大改善混凝土的浇筑质量，使试验结果的可信性和可类比性更好。并且，本发明提供的混凝土温度应力试验机，通过预埋杆和变形测量装置定位工装相结合的方式，使测得的混凝土变形精度更高，可以测得混凝土的真实变形。同时，本发明提供的混凝土温度应力试验机，通过对混凝土试件模具进行改进，还可以进行新老混凝土的温度应力试验研究，功能性和适用性得到了较大扩展。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。